基于單片機的家庭煙霧報警系統

文/胡喻杰 楊龍成

由于科技的發展以及各類家電走入千家萬戶，越來越多的隱患也將隨之而產生。為了及時發現和通報火災，減少和防止火災危害，就一定要把火災危害制止在發生之前，一套精準及時的煙霧報警系統就顯得極為重要，第一時間檢測煙霧濃度，在火災苗頭之前進行消防措施，能夠成功的消除火災所造成的一系列事故，減少損失。因此，家庭煙霧報警系統將成為一個重要的研究領域。

圖1：家庭煙霧報警系統系統框架圖

1 家庭煙霧報警系統介紹

家庭煙霧報警系統是實時檢測周圍環境中煙霧濃度數值，一旦煙霧濃度達到一定值，便會通過蜂鳴器進行聲音預警的一套家用設備系統。整套設備系統由單片機控制電路、蜂鳴器聲音預警電路、安全保護電路、數據采集模擬轉換電路組成。

本系統主要針對家庭等中小型應用場所，對火災煙霧檢測的敏銳性要求較高，設計出來的報警系統應該對煙霧檢測實時高效。因此選擇的傳感器MQ-2 作為煙霧報警器的核心元器件，采集液化氣、丙烷、氫氣等可燃氣體濃度數值。將檢測的信息轉變成電信號，緊接著送出模擬信號，這時AD 采集電路進行信號采集，在CC2530 單片機內進行識別判斷、查詢等環節實時發出煙霧報警狀態控制信號以此驅動蜂鳴器發出觸發信號。裝置受到指令，即作出聲音報警，整體系統具有很好的示警效果（如圖1所示）。

本系統按照要求來進行分析設計，必須包含以下幾個部分：

（1）CC2530 單片機的控制部分。

（2）傳感器MQ-2 煙霧檢測部分。

（3）蜂鳴器聲音報警部分。

圖2：元件外形結構

圖3：蜂鳴器電路圖

圖4：串口調試助手界面

2 家庭煙霧報警系統的硬件設施

2.1 單片機CC2530

CC2530 是用于IEEE 802.15.4、ZigBee 和RF4CE 應用的一個真正的片上系統（SoC）解決方案。它可以做到用很低的材料成本價格完成一個強大網絡節點。并且CC2530 單片機的運行模式也很多樣，這就使得其在運行超低功耗要求的系統時會特別適應，運行模式之間出現轉換的時候，轉換會很快速，讓能源的消耗進一步得到降低。當然CC2530 還有很多強大的功能，結合的領先的RF 收發器的卓越性能，業界標準的增強型8051 CPU，系統內可編程閃存，8-KB RAM 等。

2.2 傳感器MQ-2

MQ-2 氣體傳感器（如圖2所示）適宜于液化氣、苯、烷、酒精、氫氣、煙霧等的探測，因此MQ-2 氣體傳感器準確來說是一個多種氣體探測器。MQ-2 型傳感器對天然氣、液化石油氣等煙霧有很高的靈敏度，尤其對烷類煙霧更為敏感，在實驗中嘗試用具有刺激性非可燃性煙霧進行干擾測試，多次實驗中表現出的抗干擾性很強，能夠有效精準進行區分。（經過測試：對烷類的感應度比紙張木材燃燒產生的煙霧要好的多，輸出的電壓升高的比較快）。

MQ-2 氣體傳感器的探測范圍極其的廣泛，對于家庭等中小型應用場所能夠充分展示它的優點：靈敏度高、響應快、穩定性好、壽命長、驅動電路簡單等。總體來說是一款多種氣體探測應用的低成本傳感器。

2.3 蜂鳴器

本系統采用市場上最常見的蜂鳴器（電路圖如圖3所示）作為家庭煙霧報警系統的報警裝置。當煙霧傳感器檢查到液化氣、丙烷、氫氣等可燃氣體濃度過高時，將向蜂鳴器發出觸發信號。裝置受到指令，即作出聲音報警。

3 家庭煙霧報警系統的實驗運行效果

本系統在實驗室進行的模擬運行的演示，首先將節點 S1 開關撥到左邊，讓CC2530 單片機和串口進行連接，打開串口調試助手，進入如圖4.1 所示界面，在串口參數設置選擇正確的端口號以及9600-8-N-1 串口配置，選擇16 進制發送，16 進制接收，把煙霧傳感器狀態讀取指令 0A 03 00 34 00 01 c4 bf 復制到發送區，打開串口，點擊發送：0A 03 00 34 00 01 c4 bf 返回：0A 03 02 00 BB 5D F6

其中00 BB 是返回的煙霧值，當用手握著煙霧傳感器或對煙霧傳感器呼出可燃性氣體，數值便會上升（如圖4所示）。

4 結論

本文主要針對家庭等小型應用場所，提出基于以單片機CC2530 作為控制器的智能煙霧報警系統，通過MQ-2 氣體傳感器來檢測煙霧濃度，在單片機的A/D 模塊轉化后，并配合蜂鳴元器件實現聲音報警功能。并通過代碼對該實驗進行測試，在實物調試后，此系統能夠實時監測出空氣中的煙霧濃度，并且及時通過蜂鳴器警報，具有很好的示警效果。最終實驗的最終結果達到了家庭煙霧報警系統的預期。